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센서 융합을 이용한 자세 안정화 전동 외발 스쿠터

  • 기술번호 : KST2015208427
  • 담당센터 : 인천기술혁신센터
  • 전화번호 : 032-420-3580
요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 전동 외발 스쿠터에 관련된 것으로, 특히 센서 융합을 통해 자세 안정화를 구현하는 기술에 관련된 것이다. 타이어와 모터가 합쳐진 모터내장형 바퀴의 회전축에 차체 프레임이 지지되어 결합한다. 스쿠터의 가속도와 각속도를 측정하는 가속도 센서 및 자이로 센서가 바퀴의 회전축에 근접한 지점의 차체 프레임에 장착되고, 배터리와 모터 구동부, 제어부가 차체 프레임에 설치된다. 제어부는 측정된 2축 방향 가속도로부터 스쿠터의 기울임각을 추정하고 측정된 각속도에 포함된 편류 오차를 보상한 값과 융합하여 중력방향에 대한 스쿠터의 정확한 기울임각을 산출하고, 그 산출된 기울임각과 편류보상된 각속도를 입력으로 하는 PD-제어 또는 PID-제어를 수행함으로써 모터구동제어신호를 생성한다. 탑승자가 스쿠터의 몸체를 기울이면 센서들이 측정한 두 신호를 융합하여 제어기를 통해 계산된 입력신호를 모터구동부 주어 모터가 토오크를 발생한다. 스쿠터가 앞으로 기울여지면 전방으로 속도를 증가시키고 반대로 뒤로 기울어지면 속도를 감소시킴으로써 스쿠터가 안정적인 자세 균형을 유지하면서 이동할 수 있다.
Int. CL G05D 1/08 (2006.01) B62K 17/00 (2006.01) B62M 7/12 (2006.01) B62M 23/02 (2010.01)
CPC B62K 17/00(2013.01) B62K 17/00(2013.01) B62K 17/00(2013.01) B62K 17/00(2013.01)
출원번호/일자 1020130128841 (2013.10.28)
출원인 가천대학교 산학협력단
등록번호/일자 10-1532487-0000 (2015.06.23)
공개번호/일자 10-2015-0048589 (2015.05.07) 문서열기
공고번호/일자 (20150629) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2013.10.28)
심사청구항수 4

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 가천대학교 산학협력단 대한민국 경기도 성남시 수정구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 강민식 대한민국 서울 서초구
2 송영근 대한민국 서울 동대문구
3 유형석 대한민국 서울 관악구
4 이혜수 대한민국 경기 성남시 수정구
5 현민우 대한민국 서울 송파구
6 홍진석 대한민국 경기 시흥시 대은로***번길

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 박희진 대한민국 서울특별시 송파구 송파대로 ***, 비동 비****호 (문정동, 문정역테라타워)(세기국제특허법률사무소)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 가천대학교 산학협력단 대한민국 경기도 성남시 수정구
번호, 서류명, 접수/발송일자, 처리상태, 접수/발송일자의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 행정처리 표입니다.
번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application
2013.10.28 수리 (Accepted) 1-1-2013-0977654-28
2 직권정정안내서
Notification of Ex officio Correction
2013.11.04 발송처리완료 (Completion of Transmission) 1-5-2013-0135386-64
3 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search
2014.10.08 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
4 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search
2014.11.12 수리 (Accepted) 9-1-2014-0087180-01
5 의견제출통지서
Notification of reason for refusal
2015.02.05 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2015-0087893-63
6 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)
2015.03.20 수리 (Accepted) 1-1-2015-0277806-11
7 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment
2015.03.20 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2015-0277832-09
8 등록결정서
Decision to grant
2015.06.10 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2015-0389335-14
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
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하나의 바퀴로 이동하면서 자세 안정화를 유지할 수 있도록 된 전동 외발 스쿠터로서,원통형 허브에 타이어가 결합된 하나의 바퀴;운전자가 엉덩이로 걸터앉을 수 있도록 된 안장과, 운전자가 손으로 잡을 수 있도록 된 핸들, 상기 안장에서 아래쪽으로 연장되어 상기 바퀴의 회전축에 지지되도록 결합된 축연결지지부를 구비하는 차체 프레임;상기 바퀴와 동력전달이 가능하게 결합되어, 입력되는 구동전원에 의해 토오크를 생성하여 상기 바퀴를 회전시키는 모터; 상기 차체프레임에 수납되며, 전기에너지를 저장하는 배터리; 상기 차체프레임에 설치되며, 모터구동 제어신호에 따라 상기 배터리의 전기에너지를 이용하여 상기 모터에 구동전원을 입력하는 모터 구동부; 상기 차체 프레임에 장착되고, 상기 스쿠터의 적어도 2축 방향의 가속도를 측정하는 가속도 센서와 상기 스쿠터의 각속도를 측정하는 각속도 센서로서 기능하는 자이로 센서를 포함하는 센서부;상기 차체 프레임에 설치되며, 상기 가속도 센서가 제공하는 상기 스쿠터의 2축방향 가속도 값을 이용하여 상기 스쿠터의 기울임 각도를 추정하고, 상기 자이로센서의 측정오차를 최소화하기 위해 상기 자이로센서가 제공하는 각속도 값에 포함된 편류를 제거하여 편류 제거된 각속도(ωc)를 산출하며, 추정된 상기 스쿠터의 기울임 각도와 상기 편류 제거된 각속도(ωc)를 융합하여 상기 스쿠터의 중력방향에 대한 융합 기울임각(θf)을 산출하고, 그리고 (i) 상기 융합 기울임각(θf)에 비례제어상수(Kp)를 곱한 값과 상기 편류 제거된 각속도(ωc)에 미분제어상수(Kd)를 곱한 값의 합(Kpθf+Kdωc)을 이용하여 생성한 비례-미분(PD) 제어용 모터구동 제어신호, 또는 (ii) 상기 융합 기울임각(θf)에 적분제어상수(Ki)를 곱하고 적분한 값을 상기 합(Kpθf+Kdωc)과 더한 값을 이용하여 생성한 비례-적분-미분(PID) 제어용 모터구동 제어신호를 상기 모터구동부에 제공하여, 상기 스쿠터가 앞으로 기울여지면 전방으로 속도를 증가시키고 반대로 뒤로 기울어지면 속도를 감소시킴으로써 상기 스쿠터가 균형을 유지하면서 이동할 수 있도록 제어하는 제어부; 및 상기 안장의 바로 아래에 배치되어, 상기 안장에 운전자가 앉아 있을 때에만 그의 무게에 의해 스위치 온이 되어 상기 모터에 대한 구동전원의 공급이 허용되고, 앉아 있지 않을 때에는 스위치 오프가 되어 상기 모터에 대한 구동전원의 공급이 차단되도록 하는 안전스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 외발 스쿠터
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제1항에 있어서, 상기 모터는 상기 바퀴의 허브(hub)에 내장되어 상기 바퀴와 일체형으로 구성된 바퀴 내장형 브러쉬리스 직류 모터(brushless inwheel DC motor 또는 wheel hub brushless DC motor)인 것을 특징으로 하는 전동 외발 스쿠터
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제1항에 있어서, 상기 차체 프레임에서 상기 바퀴의 후방으로 연장된 바에 결합되어 출발 초기 단계에서 지면에 접촉하여 회전하면서 탑승자의 균형 유지를 보조해주고 상기 스쿠터의 주행 속도가 소정 속도를 넘어서면 지면과 분리되는 보조 바퀴를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 외발 스쿠터
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제1항에 있어서, 상기 가속도 센서의 출력을 이용한 상기 스쿠터의 기울임 각도의 추정에서 오차를 최소화하기 위해 상기 센서부는 상기 바퀴의 회전축에 최대한 가까운 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 전동 외발 스쿠터
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